甜菜碱类酸化自转向剂的性能评价

2020-12-10荣新明张博张强冯浦涌王春林王贵丁文刚

应用化工 2020年11期

荣新明，张博，张强，冯浦涌，王春林，王贵，丁文刚

(中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津 300459)

酸化是油水井增产增注常用的措施之一，酸化处理储层能有效地恢复或提高储层的渗透率[1]，然而对于非均质性强的储层，酸液进入储层后难以实现均匀置放[2]，酸液主要沿着高渗透层突进，很少进入渗流阻力较大的低渗透层，造成酸化低效问题[3-4]。且存在机械转向工艺复杂，施工难度大，成本高问题；泡沫转向受到稳定性问题限制；聚合物转向存在储层伤害的问题[5-7]。而黏弹性表面活性剂转向克服了常规转向技术存在的问题，具有施工简单、自转向、稳定性强、伤害性低等优点。本文基于自制的芥酸酰胺丙基甜菜碱，对甜菜碱型黏弹性表面活性剂自转向酸进行了性能评价，以满足非均质碳酸盐岩储层酸化转向的需要。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

芥酸酰胺丙基甜菜碱JAB，自制；盐酸、碳酸钙均为分析纯；缓蚀剂、铁离子稳定剂、粘土稳定剂均为工业品。

7012S型Waring Blender；DV-II+PRO布氏旋转粘度计；2PB00C系列平流泵；202-2型电热恒温干燥箱；TY-4型岩心夹持器等。

1.2 实验方法

1.2.1 流变性实验在盐酸中快速加入甜菜碱活性剂JAB，制得自转向酸鲜酸溶液，模拟酸岩反应，向其中缓慢加入碳酸钙，通过调节加入量，制取不同pH值的残酸溶液，整个过程采用Waring Blender进行配制。制备完毕后，采用布氏旋转粘度计测定酸液的流变性。

1.2.2 分流转向实验采用双岩心并联流动实验来评价酸液的分流转向性能。实验温度设为60 ℃，实验主要步骤如下：将烘干称重的岩心真空饱和模拟地层水，测定岩心的孔隙体积；使用基液测定并联岩心的初始渗透率K0；向并联岩心中注入工作液，记录岩心的注入压力和流量，测定岩心酸化后的渗透率K1。酸化后的渗透率改善率(R)按下式计算：

2 结果与讨论

2.1 自转向酸流变性能评价

自转向酸的分流转向能力取决于残酸的流变性，因此着重考察pH值、酸液浓度、剪切作用、温度和酸液添加剂对残酸溶液黏度的影响。

2.1.1 pH值的影响配制盐酸浓度为15%，JAB浓度不同的鲜酸，用碳酸钙调节酸液pH，在60 ℃和170 s-1剪切速率下不同浓度JAB的残酸黏度随pH的变化见图1。

图1 不同JAB浓度的残酸黏度随pH变化曲线Fig.1 Residual acid viscosity at different JABconcentrations as a function of pH

由图1可知，相同pH下，JAB浓度越大，酸液黏度越高。当JAB浓度>5%后，酸液黏度增幅明显降低，浓度为5%的JAB可使酸液黏度最高达 414 mPa·s；JAB浓度一定时，随着pH升高，酸液黏度先增大后趋于稳定，当pH>4之后，酸液黏度几乎无变化。酸液黏度增加的原因是随着pH升高，JAB表面活性剂分子逐渐由阳离子形式转变为“内盐”形式存在[8-9]，分子间排斥力减小，导致蠕虫状胶束形成，胶束间相互纠缠形成网状结构，使得酸液黏度增加[10-13]。

2.1.2 酸液浓度的影响配制JAB浓度为5%，盐酸浓度不同的鲜酸，利用碳酸钙调节酸液的pH=4，测定60 ℃和170 s-1剪切速率下残酸黏度随盐酸浓度的变化见图2。

图2 残酸黏度随盐酸浓度变化曲线Fig.2 Residual acid viscosity as a function ofHCl concentration

由图2可知，酸液黏度随着盐酸浓度的增加而增大，分析原因是盐酸浓度越高，酸岩反应产生的 Ca2+越多，而Ca2+能够破坏甜菜碱表面活性剂胶束的水化膜[14-15]，从而促进胶束聚集，显著提高酸液黏度。

2.1.3 剪切作用和温度的影响考察剪切作用和温度对残酸黏度的影响，配制盐酸浓度为15%，JAB浓度为5%的鲜酸，用碳酸钙调节酸液pH=4，测定其在不同温度下残酸黏度随剪切率的变化，结果见图3。

图3 不同温度下剪切对残酸黏度的影响Fig.3 Effect of shearing on residual acid viscosity atdifferent temperatures

由图3可知，随着剪切率的增加，酸液黏度降低，具有明显的剪切稀释性；酸液黏度随着温度增加先增大后减小，在60 ℃时具有最高的黏度，分析原因是随着温度增加，JAB表面活性剂分子热运动加剧，蠕虫状胶束更容易形成，酸液黏度增大，当温度高于60 ℃时，分子热运动过于剧烈导致胶束结构被破坏，酸液黏度大幅降低，但90 ℃时170 s-1下酸液黏度仍可达220 mPa·s，表明甜菜碱自转向酸具有较好的抗剪切和耐温性能，可保证酸化过程中酸液的转向能力不受储层剪切和温度的影响。

2.1.4 酸液添加剂的影响考察缓蚀剂、铁离子稳定剂和粘土稳定剂这些主要的酸液添加剂对残酸黏度的影响，配制盐酸浓度为15%，JAB浓度为5%的鲜酸，用碳酸钙调节酸液pH=4，分别加入不同的酸液添加剂测定酸液黏度随温度的变化，结果见图4。

图4 不同酸液添加剂对残酸黏度的影响Fig.4 Effect of different acid additives on theviscosity of residual acid

由图4可知，缓蚀剂和铁离子稳定剂均使酸液黏度有略微下降，而粘土稳定剂使酸液黏度略微上升，总体来看酸液添加剂对残酸黏度的影响较小。

2.2 自转向酸破胶性能评价

酸化施工后残酸需要及时返排，以减轻储层伤害，为此需要考察自转向酸的破胶性能。配制盐酸浓度为15%，JAB浓度为5%的鲜酸，用碳酸钙调节酸液pH=4，初始黏度为414 mPa·s。采用加入原油、添加剂和地层水稀释的方法评价自转向酸的破胶性能，实验结果见表1。

表1 自转向酸破胶实验数据Table 1 Experimental data of self-divertingacid gel breaking

由表1可知，原油、异丙醇、乙二醇丁醚和大量的地层水均可使自转向酸破胶，破胶后黏度小于 5 mPa·s，破胶液澄清透明，有利于残酸返排，对储层伤害小。

2.3 自转向酸转向性能评价

采用双岩心并联流动实验，通过对比常规酸和自转向酸对高渗和低渗岩心的渗透率改善率，评价自转向酸分流转向能力。配制常规酸(15%盐酸)和自转向酸(5%JAB+15%盐酸)作为工作液，分别采用渗透率级差相近的两组灰岩岩心进行驱替实验，结果见表2，驱替过程中双管并联岩心的压降曲线见图5。

表2 常规酸和自转向酸双岩心流动实验评价结果Table 2 Evaluation of conventional acid and self-divertingacid through dual core flow experiments

图5 常规酸和自转向酸压力曲线Fig.5 Pressure curves of conventional and self-diverting acid

由图5可知，自转向酸酸化过程中注酸压力有一个陡增出现，而常规酸酸化过程中注酸压力几乎没有太大变化，说明自转向酸在并联岩心中发生了分流转向。另外对比常规酸和自转向酸的酸化效果(表2)可知，自转向酸对高渗和低渗岩心的渗透率改善率均明显高于常规酸，自转向酸对低渗透岩心的渗透率改善率达到了78.2%，而常规酸仅为18.1%，表明自转向酸起到了显著的分流转向效果，明显增强低渗透岩心的渗流能力。